JP2020041512A - Compression cylinder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮シリンダに関し、より詳しくは、ロッドの外周をシールするロッドパッキンへの負荷が少ない圧縮シリンダに関する。 The present invention relates to a compression cylinder, and more particularly, to a compression cylinder in which a load on a rod packing for sealing an outer periphery of a rod is small.
特許文献1には、往復動圧縮機が記載されている。このような往復動圧縮機においては、円筒状のシリンダ筒内に円柱状のピストンが摺動可能に配設された圧縮シリンダにより、供給されたガスを圧縮するものがある。
ところで、シリンダ筒内においては、ピストンの移動により、内圧が吸入圧と圧縮圧との間で大きく脈動する。この圧力の脈動は、ロッドの外周をシールするロッドパッキンにも印加され、ロッドパッキンに振動、衝撃及び摺動摩擦熱による大きな負荷をかけて寿命を短くする。 By the way, in the cylinder cylinder, the internal pressure pulsates greatly between the suction pressure and the compression pressure due to the movement of the piston. This pressure pulsation is also applied to the rod packing that seals the outer periphery of the rod, and the rod packing is subjected to a large load due to vibration, impact, and sliding friction heat to shorten the life.
そこで、本発明は、ロッドの外周をシールするロッドパッキンへの負荷が少ない圧縮シリンダを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a compression cylinder in which a load on a rod packing for sealing the outer periphery of the rod is small.
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。 Other objects of the present invention will become apparent from the following description.
前記課題は、以下の各発明によって解決される。 The above object is achieved by the following inventions.
1.
吸入口及び吐出口に連通されたシリンダ筒と、
前記シリンダ筒内に密着摺動可能に配設されたピストンと、
前記ピストンと同軸に一体的に連設され、該ピストンよりも小径であって、前記シリンダ筒に同軸に形成された連結筒内を密着摺動可能とされた連結軸と、
前記連結軸に連設され、該連結軸を介して前記ピストンに駆動力を伝達するロッドと、
前記ロッドの外周をシールするロッドパッキンと、
前記連結軸の後端部と前記ロッドパッキンとの間の前記連結筒内の空間を外方に連通させる連通孔とを備え、
前記吸入口から供給されたガスを前記シリンダ筒内で前記ピストンにより圧縮して前記吐出口から送出することを特徴とする圧縮シリンダ。
2.
前記連結軸の後端部と前記ロッドパッキンとの間の前記連結筒内の空間は、前記連通孔を経由して外方に連通することにより、前記吐出口から吐出されるガスの圧力よりも低く大気圧よりも高い圧力とされていることを特徴とする前記1記載の圧縮シリンダ。
3.
前記ロッドパッキンは、潤滑油の供給が不要であることを特徴とする前記1又は2記載の圧縮シリンダ。
4.
前記連結軸の外周面には、ピストンリングが装着されており、このピストンリングの外周部が前記連結筒の内周面に密着摺動することを特徴とする前記1、2又は3記載の圧縮シリンダ。
5.
前記シリンダ筒内には、円筒状のシリンダライナが装着されており、
前記ピストンの外周面には、ピストンリング及びライダリングが装着されており、これらピストンリング及びライダリングの外周部が前記シリンダライナの内周面に密着摺動することを特徴とする前記1〜4の何れかに記載の圧縮シリンダ。
6.
前記ガスを200バール以上で使用することを特徴とする前記1〜5の何れかに記載の圧縮シリンダ。
1.
A cylinder cylinder communicated with the suction port and the discharge port,
A piston disposed slidably in the cylinder cylinder,
A connecting shaft which is coaxially and integrally provided with the piston, has a smaller diameter than the piston, and is capable of closely sliding within a connecting cylinder formed coaxially with the cylinder cylinder;
A rod that is connected to the connection shaft and transmits a driving force to the piston via the connection shaft;
Rod packing for sealing the outer periphery of the rod,
A communication hole for communicating a space inside the connection cylinder between the rear end of the connection shaft and the rod packing outward.
A compression cylinder, wherein the gas supplied from the suction port is compressed by the piston in the cylinder cylinder and sent out from the discharge port.
2.
The space in the connection cylinder between the rear end of the connection shaft and the rod packing communicates outward through the communication hole, thereby reducing the pressure of the gas discharged from the discharge port. 2. The compression cylinder according to the above 1, wherein the pressure is low and higher than the atmospheric pressure.
3.
3. The compression cylinder according to claim 1 or 2, wherein the rod packing does not require supply of lubricating oil.
4.
The compression according to any one of
5.
Inside the cylinder cylinder, a cylindrical cylinder liner is mounted,
A piston ring and a rider ring are mounted on an outer peripheral surface of the piston, and an outer peripheral portion of the piston ring and the rider ring slides in close contact with an inner peripheral surface of the cylinder liner. The compression cylinder according to any one of the above.
6.
The compression cylinder according to any one of the
本発明によれば、ロッドの外周をシールするロッドパッキンへの負荷が少ない圧縮シリンダを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the compression cylinder with little load on the rod packing which seals the outer periphery of a rod can be provided.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の圧縮シリンダの構成を示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of the compression cylinder of the present invention.
本実施形態の圧縮シリンダは、図1に示すように、シリンダ筒10と、このシリンダ筒10内に配置されたシリンダライナ11と、このシリンダライナ11内に密着摺動可能に配設されたピストン1とを備え、吸入口20から吸入弁20aを経由して供給されたガスをシリンダ筒10内でピストン1により圧縮して吐出弁30aを経由して吐出口30から送出する圧縮シリンダである。
As shown in FIG. 1, the compression cylinder of the present embodiment includes a
シリンダ筒10の内部は筒状に形成され、円筒状のシリンダライナ11が内嵌装されている。なお、シリンダライナ11は、シリンダ筒10の内面部が十分な強度及び耐久性を有するならば、設けなくともよい。シリンダ筒10は、後端側(図1中左端側)において、吸入口20及び吐出口30に連通されている。また、シリンダ筒10の前端部(図1中右端部)は、シリンダカバー10aによって閉蓋されている。ピストン1の前端部(図1中右端部)1aとシリンダカバー10aとの間のシリンダ筒10内の空間は、連通孔10bを経由して、外方(ガス吸入側)に連通している。
The inside of the
図2は、本発明の圧縮シリンダのピストンの構造を示す側面図である。 FIG. 2 is a side view showing the structure of the piston of the compression cylinder of the present invention.
ピストン1は、図2に示すように、シリンダライナ11に内嵌装され得る円柱状に形成されている。ピストン1には、環状のピストンリング2aが複数外嵌装されている。また、ピストン1の前端側(図1及び図2中の右端側)及び基端側(図1及び図2中の左端側)には、ライダリング2bが外嵌装されている。ピストンリング2a及びライダリング2bの外周部は、シリンダライナ11の内周面に密着摺動する。なお、ピストンリング2a及びライダリング2bは、十分な強度及び耐久性が確保されるならば、種々の方式のシーリング部材に代えてもよく、また、例えばラビリンスシールのように、これらのシーリング部材を設けなくともよい。
As shown in FIG. 2, the
ピストン1がシリンダライナ11内においてシリンダ筒10の軸方向(図1中矢印A)に摺動されることにより、シリンダ筒10内(シリンダライナ11内)のガスが圧縮される。シリンダ筒10内(シリンダライナ11内)においてはピストン1の移動の方向によって、内圧が大きく変動する。ピストン1の移動方向がシリンダ筒10内の容積を大きくする方向(図1中の右方向)であるときには、シリンダ筒10内の圧力は減少し、ピストン1の移動方向がシリンダ筒10内の容積を小さくする方向(図1中の左方向)であるときには、シリンダ筒10内の圧力は増大する。このとき、シリンダ筒10内のガスが圧縮される。
When the
ピストン1の基端部(図1及び図2中の左端部)1bには、連結軸4が、同軸に一体的に連設されている。この連結軸4は、ピストン1よりも小径の円柱状に形成されている。連結軸4には、環状のピストンリング4aが外嵌装されている。ピストンリング4aの外周部は、シリンダ筒10に同軸に形成された連結筒12の内周面に密着摺動する。すなわち、連結軸4は、連結筒12内を密着摺動可能とされている。
A connecting shaft 4 is coaxially and integrally connected to a base end (left end in FIGS. 1 and 2) 1b of the
連結軸4の後端部4bとロッドパッキン6との間の連結筒12内の空間(ロッド5の周囲の空間)は、連通孔12bを経由して、外方に連通されている。そして、連結軸4の後端部4bとロッドパッキン6との間の空間は、外方に連通させることにより、吐出口30から吐出されるガスの圧力よりも低く大気圧よりも高い圧力とすることが好ましい。この場合には、連通孔12bをガス吸入側に連通させることにより、そのような圧力とすることができる。ただし、他のコンプレッサの吐出口などに連通させてもよい。
The space in the connecting cylinder 12 (the space around the rod 5) between the
連結軸4の後端部4bとロッドパッキン6との間の空間を連通孔12bにより外方(ガス吸入側)に連通させた場合には、連結軸4の後端部4bとロッドパッキン6との間の空間の内圧を吸入圧に等しくでき、変動を抑えることができ、ロッドパッキン6に対する負荷をより小さくできて、ロッド5とロッドパッキンリング6aとの間への潤滑油の供給を不要とすることができる。
When the space between the
なお、連結軸4の外周面と連結筒12の内周面との密着は、ピストンリング4aによる構成に限定されず、十分な強度、耐久性及びシール性が確保されるならば、種々の方式のシーリング部材による構成に代えてもよく、また、シーリング部材を設けずに連結軸4の外周面が連結筒12の内周面に直接密着摺動する構成にしてもよい。さらに、シーリング部材は、連結軸4の外周面に設けるのではなく、連結筒12の内周面に設けてもよい。
Note that the close contact between the outer peripheral surface of the connecting shaft 4 and the inner peripheral surface of the connecting
連結軸4の後端部(図1及び図2中左端部)4bには、図2に示すように、連結軸4を介してピストン1に駆動力を伝達するロッド5が連設されている。ロッド5は、図1に示すように、ロッドパッキン6によって、外周がシールされている。
As shown in FIG. 2, a
図3は、本発明の圧縮シリンダのロッドパッキンの構造を示す縦断面図である。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of the rod packing of the compression cylinder of the present invention.
ロッドパッキン6は、図3に示すように、ロッド5の外周をシールする複数のロッドパッキンリング6aと、これらロッドパッキンリング6aを収納している複数のリングカップ6bを有して構成されている。ロッドパッキンリング6aとロッド5との摺動によって、摺動摩擦熱が発生する。この摺動摩擦熱は、リングカップ6bに伝達される。
As shown in FIG. 3, the rod packing 6 has a plurality of rod packing rings 6a for sealing the outer periphery of the
この圧縮シリンダにおいては、シリンダ筒10とロッドパッキン6との間には、連結軸4によって密封された連結筒12があるので、シリンダ筒10内の高い圧力がロッドパッキン6に印加されることがない。したがって、シリンダ筒10内の圧力が吸入圧と吐出圧との間で脈動してもロッドパッキン6に対する負荷が大きくならず、ロッドパッキン6において生ずる振動、衝撃及び摺動摩擦熱は小さい。そのため、ロッド5の外周をシールするロッドパッキン6への負荷が少なく、寿命を長くすることができる。
In this compression cylinder, since the connecting
また、ロッドパッキン6は、ロッドパッキン6において生ずる振動、衝撃及び摺動摩擦熱が小さいために、ロッド5とロッドパッキンリング6aとの間への潤滑油の供給を不要とすることができる。この場合には、圧縮したガスへの潤滑油の混入を防止することができる。
Further, since the rod packing 6 has small vibration, impact and sliding friction heat generated in the rod packing 6, it is not necessary to supply lubricating oil between the
さらに、この圧縮シリンダにおいては、ピストンリング2a、4a及びライダリング2bを高耐熱性の材料から形成することにより、ピストン1への給油も不要とすることができる。または、この圧縮シリンダにおいては、冷却液を回流させる冷却機構を設けることにより、ピストン1、ピストンリング2a、ライダリング2b、シリンダ筒10及びシリンダライナ11の熱を吸熱し、シリンダ筒10の外において放熱して、シリンダ筒10内を冷却し、ピストン1への給油も不要とすることができる。
Further, in this compression cylinder, by forming the
なお、ロッドパッキン6は、冷媒供給路6cから各リングカップ6b内の流路に冷媒を分配して供給し、これら流路から冷媒を冷媒排出路6dに集めて排出するように構成してもよい。冷媒供給路6cは、冷媒供給口6eにおいて外部に連通し、各リングカップ6b内を貫通するとともに、各リングカップ6b内で分岐して各リングカップ6b内の流路に連通している。冷媒排出路6dは、各リングカップ6b内の流路から連通し各リングカップ6b内で集合して、各リングカップ6b内を貫通するとともに、冷媒排出口6fにおいて外部に連通している。各リングカップ6b内の流路に冷媒を供給することにより、多量の摺動摩擦熱を除去することができ、ロッドパッキン6の耐久性を高めることができる。
The rod packing 6 may be configured to distribute and supply the refrigerant from the
〔コンプレッサの構成例〕
図4は、本発明の圧縮シリンダを用いて構成されたコンプレッサを概略的に示すブロック図(再液化があるので潤滑油の供給が不要にしたい一例を示している)である。
[Configuration example of compressor]
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a compressor constituted by using the compression cylinder of the present invention (showing an example in which there is a need to supply lubricating oil because there is reliquefaction).
本発明の圧縮シリンダを用いて構成されるコンプレッサ200は、1段でもよいが、図4に示すように、一例として、それぞれが圧縮シリンダを有する複数(例えば、5段)の圧縮段201、202、203、204、205を有し、圧縮段201、202、203、204、205ごとに徐々にガスを圧縮して高圧化してゆく。複数の圧縮段201、202、203、204、205のうちの後段(例えば、第4段)においては、ガスがすでに100バール(10MPa)以上の高圧となっている。
The
100バール(10MPa)以上の高圧のガスをさらに、例えば200バール以上に圧縮するシリンダにおいては、従来、ピストン1及びロッドパッキン6の樹脂製シールリング(ピストンリング及びロッドパッキンリング)が高熱により短寿命になる虞がある。樹脂製シールリングは、低圧下では、潤滑油の供給が不要式でも実用的な寿命を維持できる。しかし、例えば、LNGボイルオフガスを圧縮して船舶用エンジンの燃料ガスとする様な場合には5段圧縮が必要で、第5段では、吸入圧が100バール乃至120バールで、吐出圧が200バール以上といった高圧条件下では、潤滑油の供給が不要式では、樹脂製シールリングの実用的な寿命を維持することができない虞がある。
In a cylinder for compressing a high-pressure gas of 100 bar (10 MPa) or more to, for example, 200 bar or more, conventionally, the resin seal rings (piston ring and rod packing ring) of the
本発明の圧縮シリンダは、何れの圧縮段201、202、203、204、205に用いる場合にもロッドパッキンへの給油が不要であり、冷却機構を備えれば、ピストンへの給油も不要とすることができる。この場合には、コンプレッサ200においては、圧縮したガスが潤滑油により汚染される虞がない。したがって、後段の圧縮段を経たガスを極低温かつ高圧下で再液化して再利用することが可能となる。すなわち、本発明の圧縮シリンダは、高圧下における使用(すでに高圧(例えば100バール以上)となっているガスをさらに高圧(例えば300バール以上)にする用途)において特に有用である。
The compression cylinder of the present invention does not require oiling to the rod packing when used in any of the compression stages 201, 202, 203, 204, and 205, and does not require oiling to the piston if provided with a cooling mechanism. be able to. In this case, in the
このコンプレッサ200は、あらゆる用途に適用可能であり、例えば、天然ガスを圧縮する用途においては、最後圧縮段205を経た天然ガスを貯蔵タンク206に戻すことが可能となる。また、後段の圧縮段の前(第4段204と第5段205との間)に逆止弁は不要である。
The
また、重油脱硫用に使用する高圧水素ガスでは、高圧故に潤滑油の供給を不要にすることが不可能なので、油分を含んだまま使用している。これがリアクター内の高価な触媒の寿命を縮めるが、現状致し方なしとして油分を含んだ高圧水素ガスを使用している。これが油分を含まない高圧水素ガスとなれば、触媒寿命延長が図られ、大きなメリットになる。 In addition, high-pressure hydrogen gas used for heavy oil desulfurization is used while containing oil because it is not possible to eliminate the need for supplying lubricating oil because of high pressure. Although this shortens the life of expensive catalysts in the reactor, high pressure hydrogen gas containing oil is used at present. If this becomes high-pressure hydrogen gas containing no oil, the catalyst life can be extended, which is a great merit.
本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってよい。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
その他、具体的な細部構造や数値等及び制御装置の制御内容等についても適宜に変更可能であることは勿論である。加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 In addition, it goes without saying that specific detailed structures, numerical values and the like and control contents of the control device can be appropriately changed. In addition, the embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ピストン
1a 前端部
1b 基端部
2a ピストンリング
2b ライダリング
4 連結軸
4a ピストンリング
4b 後端部
5 ロッド
6 ロッドパッキン
6a ロッドパッキンリング
6b リングカップ
6c 冷媒供給路
6d 冷媒排出路
6e 冷媒供給口
6f 冷媒排出口
10 シリンダ筒
10a シリンダカバー
10b 連通孔
11 シリンダライナ
12 連結筒
12b 連通孔
20 吸入口
20a 吸入弁
30 吐出口
30a 吐出弁
200 コンプレッサ
201 第1の圧縮段
202 第2の圧縮段
203 第3の圧縮段
204 第4の圧縮段
205 第5の圧縮段
206 貯蔵タンク
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記シリンダ筒内に密着摺動可能に配設されたピストンと、
前記ピストンと同軸に一体的に連設され、該ピストンよりも小径であって、前記シリンダ筒に同軸に形成された連結筒内を密着摺動可能とされた連結軸と、
前記連結軸に連設され、該連結軸を介して前記ピストンに駆動力を伝達するロッドと、
前記ロッドの外周をシールするロッドパッキンと、
前記連結軸の後端部と前記ロッドパッキンとの間の前記連結筒内の空間を外方に連通させる連通孔とを備え、
前記吸入口から供給されたガスを前記シリンダ筒内で前記ピストンにより圧縮して前記吐出口から送出することを特徴とする圧縮シリンダ。 A cylinder cylinder communicated with the suction port and the discharge port,
A piston disposed slidably in the cylinder cylinder,
A connecting shaft which is coaxially and integrally provided with the piston, has a smaller diameter than the piston, and is capable of closely sliding within a connecting cylinder formed coaxially with the cylinder cylinder;
A rod that is connected to the connection shaft and transmits a driving force to the piston via the connection shaft;
Rod packing for sealing the outer periphery of the rod,
A communication hole for communicating a space inside the connection cylinder between the rear end of the connection shaft and the rod packing outward.
A compression cylinder, wherein the gas supplied from the suction port is compressed by the piston in the cylinder cylinder and sent out from the discharge port.
前記ピストンの外周面には、ピストンリング及びライダリングが装着されており、これらピストンリング及びライダリングの外周部が前記シリンダライナの内周面に密着摺動することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の圧縮シリンダ。 Inside the cylinder cylinder, a cylindrical cylinder liner is mounted,
A piston ring and a rider ring are mounted on an outer peripheral surface of the piston, and an outer peripheral portion of the piston ring and the rider ring slides in close contact with an inner peripheral surface of the cylinder liner. 5. The compression cylinder according to any one of 4.
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